Impianti di condizionamento

Il funzionamento deve essere in grado di adeguarsi al carico termico proveniente:

 Dall’esterno: condizioni climatiche esterne “filtrate” dal fabbricato;

 Dall’interno: persone, processi industriali, equipment in funzione.

Possiamo distinguere due tipo di carico termico:

 Invernale: dispersioni di calore verso l’esterno per trasmissione termica, entrate di calore per radiazione solare, calore endogeno sensibile prodotto dai macchinari, illuminazione e persone, calore endogeno latente dovuto all’evaporazione di acqua da macchinari e persone e calore sensibile e latente dovuto a infiltrazioni di aria fredda e secca dall’esterno.

 Estivo: entrate di calore dall’estero per trasmissione termica, entrate di calore per radiazione solare, calore endogeno sensibile prodotto dai macchinari, illuminazione e persone, calore endogeno latente dovuto all’evaporazione di acqua da macchinari e persone e calore sensibile e latente dovuto a infiltrazioni di aria calda e umida dall’esterno.

Possiamo avere diverse tipologie di impianti a seconda della funzione svolta:

 Impianto di ventilazione: impianto capace di soddisfare soltanto le condizioni di ventilazione e purezza dell’aria (escluso controllo termico e, eventualmente, igrometrico);

 Impianto di riscaldamento: impianto capace di soddisfare solo le condizioni termiche invernali;

 Impianto di termoventilazione: impianto capace di soddisfare (in estate e/o inverno) le condizioni termiche, di ventilazione e di purezza dell’aria ad esclusione del controllo igrometrico.

 Impianto di condizionamento o HVAC: impianto capace di soddisfare simultaneamente (in estate e/o in inverno) le condizioni termiche, igrometriche, di qualità e movimento dell’aria comprese entro i limiti richiesti per il benessere delle persone, del prodotto e dei macchinari.

Pur rispettando lo schema generale di un impianto termico, i sistemi HVAC differiscono in base al fluido utilizzato per lo scambio di calore intermedio (acqua o aria), i requisiti specifici richiesti al sistema e alla configurazione impiantistica. Il sistema di controllo può essere semplice come un termostato che attiva la caldaia quando la temperatura nella stanza scende al di sotto di una certa soglia o più elaborato.

Il condizionamento comporta l’effettuazione di determinati trattamenti sull’aria (filtrazione, riscaldamento e/o raffreddamento, aggiunta o sottrazione di vapore acqueo). A tale scopo, negli edifici di nuova costruzione ed in particolare in quelli industriali, commerciali, ospedalieri e scolastici, sono largamente utilizzate le unità di trattamento aria (UTA). Le UTA sono macchine modulari che vengono composte in maniera tale da permettere il corretto trattamento dell’aria primaria, prima di inviarla all’interno dell’ambiente da climatizzare. L’aria viene controllata sia dal punto di vista termo-igrometrico (temperatura e umidità relativa), sia dal punto di vista della purezza, mediante opportuna filtrazione.

Il primo ventilatore a sinistra ha il compito di estrarre l'aria viziata dal locale condizionato; l'aria, passando nel primo elemento munito di serrande, in parte esce nella sezione espulsione (in funzione della posizione delle alette mobili), in parte viene integrata da aria proveniente dall'esterno nella zona di miscelazione. Il secondo ventilatore è quello che dà energia al flusso d'aria in modo da farlo giungere in tutti gli ambienti interessati.

 IMPIANTI CENTRALIZZATI. Ciascun locale ricava il proprio condizionamento da una unità di zona, indicata con A, nella quale giunge aria che ha prima subito dei trattamenti comuni preliminari nell’Unità di trattamento aria centralizzata e in seguito può subire aggiustamenti particolari richiesti attraverso l’unità di zona, alla quale arrivano due linee separate (verde e viola nella figura). Nell’unità di zona, sistemata all'interno del locale, si trovano i sensori ambientali e gli strumenti di comando e controllo che consentono un condizionamento individualizzato.

 IMPIANTI DECENTRALIZZATI. Il caldo (ad es. dalla caldaia), e il freddo (ad es. dal frigorifero), sono portati da tubi appositi percorsi da acqua calda oppure fredda. I tubi nei convettori formano dei banchi - scambiatori lambiti dal flusso dell'aria da condizionare spinta da un ventilatore (ad es.

tramite fancoil).

Gli impianti inoltre posso prevedere o meno il ricircolo, quindi parte dell’aria trattata e successivamente espulsa dall’ambiente, può essere filtrata e rimessa in ambiente. La scelta del tipo di impianto dipende tendenzialmente dalla potenzialità richiesta, l’esposizione dei locali da condizionare e la loro suddivisione in zone, la variabilità dei carichi termici nel tempo, le caratteristiche costruttive dell’edificio e le dimensioni.

11.2. G

Oltre ai generatori di vapore già visti che possono essere utilizzati quando presenti per utenze tecnologiche (il solo condizionamento ambientale non rende convenienti tali sistemi) possono essere utilizzate caldaie per la produzione di acqua calda o acqua calda surriscaldata e riscaldatori di aria/acqua di vario tipo:

 Generatori di aria calda (elettrici, a gas, a gasolio);

 Pompe di calore;

 Sistemi di riscaldamento dell’aria ad irraggiamento.

La pompa di calore è una particolare modalità di utilizzo del ciclo frigorifero, in cui la macchina si sfrutta per sottrarre calore da una sorgente a bassa temperatura e restituirlo ad un livello termico più elevato, per consentirne l’effettivo utilizzo utilizzando dell’energia elettrica. Il vantaggio della pompa di calore sta nella sottrazione di calore ad una fonte gratuita (esempi: acqua di lago o di fiume, acqua del sottosuolo, ecc.) e dal punto di vista della funzione svolta, si tratta quindi di un generatore di calore. Nel caso in cui si riesca anche a sfruttare l’effetto frigorifero dovuto al raffreddamento, si ha un impianto “total energy”.

La particolarità dell'uso delle pompe di calore nell'industria è che utilizzano anche il calore di scarto per il riscaldamento e per la produzione di acqua calda. L'energia ambientale e il calore di scarto sono gratuiti. Questo rende la pompa di calore una soluzione energetica economica: una pompa di calore può essere infatti combinata in modo eccellente con gli impianti di riscaldamento esistenti.

Poiché l'energia per il riscaldamento e il raffreddamento sono necessari per molti processi produttivi, le pompe di calore si presentano come una soluzione di investimento e di risparmio economico. I costi di investimento sono spesso inferiori rispetto alle soluzioni convenzionali di caldaie a gas o a gasolio. Oltre ai bassi costi di riscaldamento, le pompe di calore di grandi dimensioni e potenze permettono di ridurre le emissioni CO2.

A seconda dei diversi tipi di sorgente fredda o pozzo caldo si individuano le seguenti tipologie:

 Pompe di calore aria-aria: macchine che estraggono calore dall’aria esterna e lo cedono all’aria immessa in ambiente;

 Pompe di calore aria-acqua: macchine che estraggono calore dall’aria esterna e lo cedono all’acqua dell’impianto di riscaldamento;

 Pompe di calore acqua-acqua: macchine che estraggono calore dall’acqua di falda, di fiume o di lago e lo cedono all’acqua dell’impianto di riscaldamento;

 Pompe di calore terreno-acqua: macchine che estraggono calore dal terreno e lo cedono all’acqua dell’impianto di riscaldamento.